某軌道控制中心數據機房空調設計

李雨鵬

摘 要：某城市軌道交通運行的指揮控制中心服務8條地鐵線路的運營管理。對該工程2號樓技術樓內數據機房空調系統設計內容進行了分析，并對全年24 h空調供冷系統設計中的幾個關鍵性設計要點進行了探討，提出了一些提高系統節能及安全可靠性的技術措施，對于保障數據機房的空調系統高效穩定的運行有重要作用。

關鍵詞：地鐵控制中心;數據機房空調系統;空調冷源;環境要求;安全可靠性

中圖分類號：TU831.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）09-0028-03

0引言

地鐵控制中心是城市軌道交通運行的指揮控制中心，是地鐵運營、指揮、管理的重要保障，其中地鐵控制中心內的數據機房空調系統的正常可靠運行是控制中心設備正常工作的重要環節，既要滿足運行保障人員的常規舒適性空調要求，又要同時滿足數據機房常年24 h供冷的要求。結合已完成的某地鐵控制中心項目簡要介紹控制中心數據機房空調系統的設計。

1項目概況

某城市軌道交通控制中心作為城市軌道交通建設的控制性工程，是多功能復合的綜合建筑項目，主要承擔城市未來建設的8條地鐵線路的行車組織、運營調度、機電設備監控、通信信息交換、票務管理、應急指揮等運營管理任務，同時具有市民科普展示、新聞發布、軌道運營會議等輔助功能。控制中心作為運營管理機構的總要部門，是全線各系統中央級設備的設置場所，是行車指揮中樞，是對全線列車運行、牽引供電、環境與設備及火災報警實行監控和調度指揮的中心。在非常情況下，控制中心也是地鐵線網的應急指揮中心。

本項目規劃凈用地面積約19 366 m2，總建筑面積約9.5萬 m2，本工程按建筑功能分為3個部分：1號樓運營管理樓，2號樓技術樓，3號樓配套樓。建筑主要功能用房包括：1～8號線機房、系統設備用房、中央調度大廳、運營管理用房、會議、員工配套設施及地下車庫等。本次空調系統設計針對于2號樓技術樓中的數據中心部分，包括對全年24 h空調供冷系統及滿足運行保障人員的常規舒適性空調。數據機房主要包括：信號設備室、綜合監控設備室、專用通信設備室、線路中心測試開發、云平臺數據中心、共用民用通信機房以及電源室等設備機房。

2空調系統設計

2.1 數據機房冷源設計

數據機房空調冷源要求穩定性高，可靠性強，維修方便，根據工藝要求合理選擇冷源形式，空調冷源、空調管線、空調循環水泵應有備用方案。系統的可靠性原則要求空調通風系統設備在滿足各功能房間的溫濕度、潔凈度等要求基礎上，提供合理的冗余冷量和N+1的備份，保證機房的高可靠性要求。

本工程數據機房冷源分為2種形式，技術樓全年24 h集中供冷系統;機房專用空調風冷冷源，其中24 h集中供冷系統采用電制冷，選用4臺離心式冷水機組與一臺螺桿式冷水機組（與大樓舒適性空調合用制冷系統）;冷水機組可根據末端實際冷負荷配置最佳的冷水機組運行工況。

為保障全年24 h集中供冷系統需求，數據機房空調系統兩臺離心冷水機組與大樓舒適性空調系統的2臺離心式冷水機組互為備用，至少保證其中任意兩臺冷水機組全年24 h運行，并保證設備檢修或者特殊情況下，為滿足2號樓技術樓的全年24 h供冷需要，可以臨時不保證1號樓和3號樓常規供冷模式;空調冷凍、冷卻循環水泵與冷水機組一一對應設置，其中離心式冷水機組的循環泵互為備用，同冷水機組配置模式相同，保證24 h冷水供應系統的可靠性和安全性，所有冷凍水循環水泵均采用變速調速控制方式，系統為變流量運行，冷卻塔設置于裙房屋面，工程信息技術數據機房在過渡季節和冬季需要供冷，因此設置冷卻塔免費供冷系統。夏季空調運行的冷卻塔在過渡季節和冬季生產冷水，經制冷機房的板換換熱后，供給信息技術區的空調系統使用。

該系統的冷凍泵單獨設置。冷卻塔側供回水溫度6℃～8℃，空調側供回水溫度7℃～9℃。冷熱水系統由數字變頻定壓補水機組定壓補水，補水經全自動軟水器軟化處理，空調回水、冷卻水采用綜合水處理器處理，可有效防腐、殺菌滅藻，采用全過濾方式處理。機房專用空調風冷冷源主要用于共用民用通信機房以及小型的電源室空調設計。由于機房專用空調系統機組相對獨立，只需預留室內外空調機組的位置以及管井、管線路由等條件，路由可控，規劃方便，布置靈活，系統擴容或分期建設非常容易。

2.2 數據機房等級劃分

地鐵控制中心數據機房的室內環境要求按《數據中心設計規范》（GB50174-2017）[1]、《地鐵設計規范》（GB50157-2013）[2]的規定設定。《電子信息系統機房設計規范》（GB50174-2008）[3]把數據機房分為A級、B級及C級，地鐵控制中心數據機房根據使用性質、安全管理要求、經濟及社會重要性，將信號設備室、綜合監控設備室、專用通信設備室、線路中心測試開發、云平臺數據中心主機房均按A級機房設計，但有些機房對地鐵安全運行影響較小。例如，樓宇智能化機房、共用民用通信機房以及小型的電源室，可按C級機房設計。

2.3 數據機房環境要求

2.3.1 空調設計參數要求

主機房（開機時）：溫度要求23±1℃，相對濕度40%～55%，主機房（開機時）：溫度要求18℃～28℃，相對濕度35%～75%。

2.3.2 機房的空氣含塵濃度

在靜態或動態條件下測試，每立方米空氣中粒徑大于或等于0.5 μm的懸浮粒子數應少于18 000粒。

2.3.3 主機房不得結露

溫度變化率（開、停機時）小于5℃/h。

2.3.4 應保證房間的正壓

主機房與其他房間、走廊的壓差不宜小于5 Pa，與室外靜壓壓差不宜小于10 Pa。

2.3.5 空調系統新風量

空調系統的新風量按下列兩項中的較大值進行確定：按工作人員計算，每人40 m3/h;維持室內正壓所需風量。

2.4 數據機房空調系統設計形式

本工程數據機房空調系統設計共分為4種形式，見表1。

2.5 數據機房空調安全可靠性設計

數據機房全年不間斷運行，要求數據系統具備高可靠性，因此也要求機房內空調系統也應具備相當高的可靠性，空調水系統采用以下措施：

第一，為保證全年24 h冷凍系統運行安全可靠，空調干管系統采用環狀供回水系統。第二，云平臺數據中心微模塊機柜列間空調系統要求冷凍水供回水管路采用雙供雙回方式，每個支路均設置關斷閥門，系統檢修或管路故障時，可以通過備用回路供水，滿足系統不間斷運行要求。第三，離心式冷水機組、循環泵、冷卻塔均互為備用（臨時不保證大樓舒適性空調系統）。第四，要求斷電后，離心式冷水機組重新啟動，達到機組機組冷凍水設定供水溫度的時間（帶UPS接入模塊）不超過180 s。第五，全年24 h供冷系統需要設置蓄冷罐系統，為保障系統斷電切換備用電源，制冷主機還未達到正常工作狀態時，滿足空調系統的制冷要求，蓄冷罐的體積按滿足180 s供冷量要求計算。

本次設計選用16臺立式蓄冷罐，總蓄冷系體積約為260 m?，各蓄冷罐之間采用同程式連接，設置于本建筑地下一層，制冷機房上方，減少冷水管路長度，降低冷量損耗。

2.6 數據機房空調負荷特點

數據機房內的空調冷負荷特性為顯熱負荷為主[4]，根據《數據中心設計規范》（GB50174-2017），A級機房內設備均按開機狀態考慮，機房內空調主要特點如下：

2.6.1 設備散熱量大，濕負荷小

室內為常年穩定的冷負荷，空氣處理過程為干式降溫，即等濕冷卻。本工程根據各線網中心工藝提資機房發熱量確定制冷負荷，其中各線路機房冷負荷指標約為250～300 W/㎡，云平臺數據中心冷負荷指標約為500～600 W/㎡，設備電源室冷負荷指標約400～500 W/㎡，其余工藝設備發熱量暫按總用電量的50%計算。

2.6.2 空調送風焓差小、風量大

換氣次數要求：其中各線路機房（信號設備室、綜合監控設備室、專用通信設備室、線路中心測試開發），30～40次/h，數據中心機房為20～70次/h，設備電源室30～40次/h，同時設置事故通風系統（電源室具有放散氫氣的危險），事故通風與平時通風合用設置，通風系統風機選用防爆風機。

2.6.3 溫度控制精度高且要求穩定

數據機房要求溫度波動幅度不應超過規定的范圍，同時對溫度變化的幅度也有明確的要求，即一般小于5℃/h。同時對濕度也有一定要求，一般采用電子加濕器。

2.7 數據機房空調節能運行及自控系統

本工程設冷水機組群控系統，群控系統為建筑樓宇智能化系統的一部分，冷水機組、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔等預留接口，接至DDC控制主機。根據負荷控制相應設備的供冷供熱量及運行臺數。冷水系統的機房群控系統主要包括幾點內容：①實現冷水系統的能量控制管理，主要包括依據實際運行情況下的制冷量對制冷主機運行臺數進行控制，同時依據設定壓差實現一次泵變流量控制（臺數控制優先），依據冷卻水供水溫度對冷卻塔運行臺數進行控制。②實現制冷主機、冷凍水循環泵、冷卻塔、冷卻水循環泵各設備之間的連鎖控制、開機順序、關機順序等，合理的安排各設備的運行時間，延長使用壽命。實現數據中心制冷系統的備用冷源切換，在非常工況下，切換蓄冷罐系統供冷，以保證數據中心的安全可靠運行。

數據機房在過渡季節和冬季需要供冷，因此設置冷卻塔免費供冷系統。夏季空調運行的冷卻塔在過渡季節和冬季生產冷水，經制冷機房的板換換熱后，供給數據機房的空調系統使用。該系統的冷凍泵單獨設置。冷卻塔側供回水溫度6℃～8℃，空調側供回水溫度7℃～9℃。冬季運行的冷卻塔，其集水盤冷卻水管設電加熱器、電伴熱阻絲及自動控制裝置，防止冷卻塔冬季凍結。

2.8 數據機房空氣調節系統

技術樓一至四層各線路、系統設備用房采用全空氣單風道低速送風空調系統，每層設置獨立的空調機房。氣流組織形式為上送上回，每個房間設置變風量末端裝置，由室內溫控器調節變風量調節器的開度大小，滿足室內負荷不斷變化下的室溫。送風口采用方形散流器風口，回風口采用單層百葉風口。風口布置需要結合工藝布置，避開設備上方，避免因送風溫度過低風口產生冷結水滴到設備上，影響設備正常工作。

技術樓五、六層云計算數據中心，采用微模塊機柜列間精確制冷空調，房間地面內設置350 mm高技術夾層（有條件可以設置500 mm高），環裝冷凍水管布置在技術夾層內，水管個分支及支路均設置關斷閥門，確保當一路供水出現故障時，可從另一路接入機柜內的空調器，夾層設置排水條件，微模塊機柜下方四周設置擋水壩，冷凝水管由地面敷設管道接入預留的排水點[5]。

技術樓配套服務用房采用風機盤管加新風的空調系統。

2.9 其他

本次設計云平臺數據中心采用列間空調，與傳統房間級空調相比具有以下2點優勢（見表2）。

第一，微模塊機柜列間精確制冷空調專為高熱密度環境設計，在該環境下機組節能高效運行，機組全顯熱運行，不產生額外的冷凝水浪費冷量，亦不需額外的加濕處理，達到綠色數據機房的要求，具有很好的節能減排的意義。第二，機柜列間精確制冷空調直流電機風機等調節技術，溫度精度高，可控制在±0.5℃，濕度精度也可設定在±1%RH，滿足數據機房要求。第三，整機采用前后開門形式，全正面維護。無需打開側面板，即可進行所有部件的維護。系統管路部件打開后門即可操作、更換;風機部件、加濕部件、再加熱部件從前門即可維護。

3結語

對該地鐵控制中心數據機房空調系統、冷源、機房環境及等級要求等內容進行分析，結合本工程對數據機房空調系統設計中的幾個關鍵技術要點進行了探討，可通過冷卻塔免費供冷系統、列間行間空調、空調設備及管路冗余設計、蓄冷罐系統等技術措施提高制冷系統的高效節能性和安全可靠性，既滿足平時控制中心平時的舒適性空調設計又滿足數據中心的使用要求，進而提高城市軌道交通的運營的穩定性、舒適性、節能性。

參考文獻

[1] 中華人民共和國工業和信息化部.GB50174-2017.數據中心設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2017.

[2] 北京市規劃委員會.GB50157-2013.地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50174-2008.電子信息系統機房設計規范[S].

[4] 鄢亞.淺談某數據中心空調系統設計[J].建筑熱能通風空調， 2017，36（9）：99-102+41.

[5] 肖傳德.杭州地鐵控制中心暖通空調設計[J].暖通空調，2014， 44（3）：72-75+83.